JP2015214294A - 車両用エネルギーマネジメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の車両の走行特性に応じたエネルギー制御を、少ないデータ量の情報で実現する。
【解決手段】車両用エネルギーマネジメント装置１００は、各走行区間における自車両１のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部１０３と、エネルギー消費関連情報を補正するエネルギー消費関連情報補正部１０７と、補正後のエネルギー消費関連情報を用いて算出した車両機器１２０のエネルギー消費量の予測値に基づき、車両機器１２０の制御計画を立てる制御計画立案部１０９とを備える。エネルギー消費関連情報補正部１０７は、各道路区分における自車両１の走行特性の実測値（自車両走行特性情報）と、各道路区分における複数の一般車両２の走行特性の統計結果（一般車両走行特性統計情報）との比較結果に基づいて、エネルギー消費関連情報を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料エネルギーや電気エネルギーなど車両の複数のエネルギー源を管理する車両用エネルギーマネジメント装置に関する。

エンジン車、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、ハイブリッド車（ＨＥＶ：hybrid electric vehicle）、燃料電池車などにおいては、車載センサー等から得られる現在の車両状態を示す情報に応じて、車両の動作モードを変更する、いわゆる逐次制御によって、エネルギー消費量の抑制が図られている。例えばハイブリッド車の動作モードとしては、エンジンの動力のみで走行するモード、モーターの動力のみで走行するモード、エンジンの動力とモーターの動力の両方を使って走行するモード、エンジンの動力で発電してバッテリに蓄電したりモーターの駆動に用いたりするモード、などがある。

また、現在の車両状態だけでなく、予測される将来の車両状態も考慮して、車両の制御計画（動作モードの切り替え計画）を立てる技術の開発が進められている。例えば、ハイブリッド車が長い上り坂と長い下り坂を続けて走行することが予測される場合、上り坂の手前でバッテリを十分に充電しておき、上り坂をモーターの動力で走行してバッテリの空き容量を増やし、その後の下り坂で得られる回生電力でバッテリを充電する、といった効率的な制御が可能となる。

例えば、特許文献１には、車両（ハイブリッド車）の現在位置、走行経路、地形情報、道路の混雑度などから、車両の走行経路の標高や走行時の車速の変化を算出して、バッテリの残量（ＳＯＣ：State of Charge）の上下限を規定する計画を立案し、その計画に沿って車両を制御する技術が開示されている。しかし、特許文献１の技術では、標高や地形を示す地図データの情報などから車両の最適な制御量を高精度に得ることは難しい。また、地図データや交通情報は十分に精細でない場合もあり、さらに、車両の走行特性（車両の速度、加速度の大きさ、加減速の頻度、停止頻度など）は運転者にも依存するため、エネルギー消費量の予測値と実際の値との間の誤差が大きくなりやすい。

この問題を解決するためのハイブリッド車の制御装置が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、自車両の走行経路を他車両が過去に走行したときの走行特性の情報を入手し、その情報に基づいて自車両の制御計画を立てている。

特開２００１−６９６０５号公報 特許第４９１８０７６号公報

特許文献２のシステムでは、各車両または外部の情報サーバが、車速の変動量や道路の平均勾配などの情報を走行経路内の区間毎に保持する必要がある。しかし、特に車速の変動量の詳細な情報は膨大なデータ量となることから、このシステムの実用化は難しいと考えられる。例えば、膨大なデータを取り扱うためのデータベースの構築や、膨大なデータを配信する通信手段の開発、さらにそれらを実現するためインフラ整備などに必要となるコストは大きな課題となる。

また、特許文献２の技術は、モーターのみでの走行（ＥＶ走行）を最大限に有効利用するものであり、目的に応じたエネルギー最適化（例えば、エンジン効率の最適化など）を実施できないと思われる。さらに、車両の走行特性は運転者にも依存するため、区間毎のエネルギー消費量も運転者によって変わり、一意には決まらない。よって、走行経路全体のエネルギー消費の最適化を実現するための制御計画は、個々の車両ごとに異なる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、個々の車両の走行特性に応じたエネルギー制御を、少ないデータ量の情報で実現することが可能な車両用エネルギーマネジメント装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、前記走行経路を複数の走行区間に分割すると共に、各走行区間に対しその走行区間の道路特性に応じた道路区分を設定する走行経路分割部と、各走行区間における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、各道路区分の道路を前記車両が走行したときの走行特性の実測値である自車両走行特性情報、および、各道路区分の道路を複数の一般車両が走行したときの走行特性の統計結果である一般車両走行特性統計情報を取得し、各道路区分の前記自車両走行特性情報と前記一般車両走行特性統計情報とを比較した結果に基づいて、各走行区間の前記エネルギー消費関連情報を補正するエネルギー消費関連情報補正部と、補正後の前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が各走行区間を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、各走行区間における前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の走行区間ごとの制御計画を立てる制御計画立案部と、前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、を備えるものである。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置によれば、各道路区分の自車両走行特性情報と一般車両走行特性統計情報とを比較した結果に基づいて、各走行区間のエネルギー消費関連情報が補正される。そのため、補正後のエネルギー消費関連情報は、当該車両用エネルギーマネジメント装置を搭載した車両（自車両）の実際の走行特性に即したものとなる。よって、自車両の運転者毎の特性に応じた高精度なエネルギー制御が可能となる。また、一般車両走行特性統計情報は、多数の一般車両の走行特性情報を道路区分ごとに統計処理して得た統計結果であり、そのデータ量は少なく抑えられている。

本発明の実施の形態に係る車両エネルギー管理システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置の動作を示すフローチャートである。 エネルギー消費関連情報の補正処理を概念的に示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両エネルギー管理システムの全体構成を示すブロック図である。当該システムは、本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００を搭載した車両１（以下「自車両１」）と、不特定多数の車両２（以下「一般車両２」）と、情報サーバ３とから構成されている。本発明は、２以上のエネルギー源を持つ自車両１の動作制御に広く適用可能であるが、ここでは、自車両１は、燃料エネルギーと電気エネルギーの２つを動力源とするハイブリッド車であると仮定する。

一般車両２のそれぞれは、各道路を走行したときの走行特性（速度および加速度の大きさ、加減速の頻度、停止頻度など）の実測値である走行特性情報を、情報サーバ３に送信する機能を有している。情報サーバ３は、複数の一般車両２から受信した走行特性情報を道路区分ごとに分けて統計処理を行い、その総計処理の結果（統計結果）を示す一般車両走行特性統計情報を作成する。詳細は後述するが、ここでいう「道路区分」は、例えば「一般道」、「自動車専用道路」、「高速道路」など、各道路をその特性に応じて分類したものである。

作成された一般車両走行特性統計情報は、道路区分ごとに、一般車両走行特性統計情報データベース３１に記憶される。一般車両走行特性統計情報データベース３１が記憶する一般車両走行特性統計情報は、随時更新されてもよい。なお、自車両１も、複数の一般車両２の１台として、自己の走行特性情報を情報サーバ３に送信してもよい。

本実施の形態においては、各情報の統計結果として、平均値およびばらつき値を用いる。平均値に代えて加重平均値や中央値などを用いてもよい。また、ばらつき値の定義式は任意でよいが、本実施の形態では各データの分布は正規分布と仮定して、ばらつき値を標準偏差（σ）で表すものとする。

一般車両走行特性統計情報の例としては、複数の一般車両２の平均車速の統計結果を示す情報（一般車両平均車速統計情報）、複数の一般車両２の加速度のばらつき値の統計結果を示す情報（一般車両加速度ばらつき統計情報）、複数の一般車両２の停止頻度または停止回数の統計結果を示す情報（一般車両停止状態統計情報）など、これまでのＨＥＶ制御に用いられていない、一般車両２の走行特性に関する事前情報である。

なお、車両の平均車速は、停止状態を含めた車速の平均値でもよいし、停止状態を除いた車速の平均値でもよい。また、車両の加速度ばらつき値は、車速域に依存して変化するように車速域ごとに分けて規定してもよいし、車速域に関わらず一定値となるように車速域ごとに分けずに規定してもよい。ただし、平均車速および加速度ばらつき値の定義は、自車両１と一般車両２とで共通にすべきである。

このように、個々の一般車両走行特性統計情報は、複数の一般車両２の走行特性情報を道路区分ごとに統計処理して得られ、複数の一般車両２の走行特性情報の平均値とばらつき値（標準偏差）により表現されている。道路区分の種類の数は、道路網に含まれる道路（または区間）の数よりも非常に少ないので、複数の一般車両２の走行特性情報を道路ごとに統計処理した結果を蓄積する方法に比べて、データベースに記憶させるデータ量は大幅に削減される。本実施の形態では、一般車両走行特性統計情報データベース３１が、自車両１の外部の情報サーバ３に配設された構成としているが、このデータ量の削減効果を生かして、自車両１の内部に一般車両走行特性統計情報データベース３１を含む記憶装置を配設することも十分に可能である。

自車両１が備える車両用エネルギーマネジメント装置１００は、情報サーバ３の一般車両走行特性統計情報データベース３１から、自車両１の走行経路（走行予定経路）の各道路に対応する一般車両走行特性統計情報を取得し、その一般車両走行特性統計情報を考慮して、自車両１が備えるモーター（電動機）、エンジン、ジェネレータ（発電機）などの車両機器１２０を制御する。モーターは、車両の減速時には、電力を回生する発電機（回生ブレーキ）として機能することができる。

図２は、車両用エネルギーマネジメント装置１００の構成を示すブロック図である。図２のように、車両用エネルギーマネジメント装置１００は、走行経路算出部１０１、走行経路分割部１０２、エネルギー消費関連情報取得部１０３、自車両走行特性情報取得部１０４、自車両走行特性情報記憶部１０５、一般車両走行特性統計情報取得部１０６、エネルギー消費関連情報補正部１０７、エネルギー消費量演算部１０８、制御計画立案部１０９、車両機器制御部１１０および現在位置取得部１１１を備えている。また、車両用エネルギーマネジメント装置１００はコンピュータを用いて構成されており、上記の各要素はコンピュータがプログラムに従って動作することにより実現される。

走行経路算出部１０１は、地図データを用いて、自車両１の出発地から目的地（到着地）までの走行経路を算出する。走行経路算出部１０１は、走行経路の他にも、出発地からの出発時刻や、目的地への到着予想時刻も算出することができる。ここで、走行経路算出部１０１が出力する自車両１の走行経路の情報には、その経路に含まれる各道路の特性（道路特性）を表す道路特性情報が含まれるものとする。道路特性としては、例えば、道路種別（一般道、自動車専用道路、高速道路など）、標高情報（すなわち勾配情報）、道路幅、カーブの曲率、分岐点の有無、各道路で予測される車両の流れ（車速域）を示す速度情報（予測速度情報）などがある。道路種別は、道路が通る地域に応じて、市街地の道路、郊外地の道路、山岳地の道路などにさらに細分化されていてもよい。

また、道路種別は、時間や天候などの外的要因によって変化するものであってもよい。例えば、各道路の道路特性が、時間帯に応じて「朝の道路」、「昼の道路」、「夜の道路」などと変化したり、天候に応じて「晴れの道路」、「雨の道路」、「雪の道路」などと変化したりしてもよい。

さらに、道路種別は、後述するエネルギー消費関連情報や一般車両走行特性統計情報などによって規定されてもよい。例えば、「エネルギー消費量が大きい道路」、「エネルギー消費量が大きい道路」、「一般車両の平均車速が高い道路」、「一般車両の平均車速が低い道路」などといった情報が道路特性として規定されていてもよい。

走行経路算出部１０１は、自車両１の走行経路、出発時刻、到着予想時刻などを自ら算出せずに、外部のナビゲーション装置が算出したそれらの情報を取得するものであってもよい。その場合、ナビゲーション装置が保持している地図データや道路特性情報を使用できるため、それらの情報を走行経路算出部１０１が記憶しておく必要はない。さらに、地図データや道路特性情報は、例えば地図サービス会社などから配信されるものを使用してもよい。

走行経路分割部１０２は、走行経路算出部１０１が算出した走行経路を複数の区間に分割する。走行経路分割部１０２が走行経路を複数の区間に分割する方法としては、例えば、道路種別ごとに区切る方法、一定距離ごとに区切る方法、一定時間の予想走行距離ごとに区切る方法、道路の分岐点（交差点等）で区切る方法、あるいはそれら２以上の方法を組合せることなどが考えられる。また、走行経路を大まかな道路特性（道路種別など）ごとの区間に分割し、その後、一定の長さ以上の区間を、詳細な道路特性情報に基づいてさらに複数の区間に分割する方法も考えられる。例えば、大まかに分割した区間から、上りや下り勾配の強い道路、カーブの曲率が大きい道路、車速域の高い又は低い道路などを抽出して、細かい区間に分割するとよい。

また、各道路の道路特性が時間や天候などの外的要因によって変化するものとし、自車両１が走行するときの時間帯や天候に基づいて走行経路を分割してもよい。例えば、自車両１が走行することが予測される時間帯ごとに走行経路を分割したり、自車両１が走行するときに予測される天候ごとに走行経路を分割したりしてもよい。

また、後述するエネルギー消費関連情報や一般車両走行特性統計情報などを、自車両１の走行経路を分割する前に取得し、それらの情報を基準にして走行経路を分割してもよい。例えば、走行経路を、単位距離あたりのエネルギー消費量が大きい区間と小さい区間とに分割することや、一般車両の平均車速が一定値よりも高い区間と低い区間とに分割することなどが考えられる。

以下、走行経路分割部１０２が走行経路を分割して得た各区間を「走行区間」と称す。

走行経路分割部１０２はさらに、各走行区間に対して、その走行区間の道路特性に応じた道路区分を設定する。走行区間のそれぞれに道路区分が割り当てられることにより、複数の走行区間がその道路特性ごとに分類されることになる。

先に述べたように、道路特性は、道路の種別、標高、勾配、道路幅、分岐点の有無、カーブの曲率、予測される車速域、走行時の天候および時間帯などによって規定される。道路区分の規定の仕方は任意でよく、例えば、道路区分を道路種別によって規定する場合には、走行経路分割部１０２によって、「一般道」、「自動車専用道路」、「高速道路」などの道路区分が、走行区間のそれぞれに設定される。また例えば、道路区分を道路の勾配（標高差）によって規定する場合には、「上り坂」、「下り坂」、「平坦路」などの道路区分が、走行区間のそれぞれに設定される。通常、道路区分の種類は走行区間の数よりも非常に少なくなるが、道路区分は走行区間と同程度に細分化されていてもよい。その場合、当該システムで扱う情報量は増大するが、各道路の特性をより詳細な情報として得ることができるため、各走行区間における車両のエネルギー消費量を高い精度で予測できるようになる。

エネルギー消費関連情報取得部１０３は、走行経路算出部１０１が算出した自車両１の走行経路における、自車両１のエネルギー消費に関係する情報（エネルギー消費関連情報）を取得する。エネルギー消費関連情報は、例えば、走行経路の情報に含まれる道路特性情報（勾配情報、道路種別、道路幅、カーブの曲率、予測速度情報など）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System）などの情報配信サービスが配信する渋滞情報および実際の車両の流れ（車速域）を示す車速情報（実測速度情報）、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）と呼ばれる先進運転支援システム（例えば衝突予防安全装置など）が取得したレーダー情報など、走行経路における自車両１のエネルギー消費量に影響し得る情報である。

さらに、エネルギー消費関連情報には、気象情報（天気、気温、湿度、日射量など）や、インフラのエネルギー網（例えば、家庭や工場、ビルなどの電力網（グリッド））の需給情報なども考えられる。インフラのエネルギー網の需給情報としては、例えば、家庭や工場、ビルなどのエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）が作成した電力の需給計画がある。これらの情報は、車両の走行に要するエネルギー量（エンジンやモータのエネルギー消費量）に直接影響しないが、エンジンやモーターの駆動に費やすことができるエネルギー量に影響する。

自車両走行特性情報取得部１０４は、自車両１が道路を実際に走行する間、自車両１の走行特性を実測し、その実測値を示す自車両走行特性情報を取得する。自車両走行特性情報の例としては、自車両１の平均車速を示す情報（自車両平均車速情報）、自車両１の加速度のばらつき値を示す情報（自車両加速度ばらつき情報）、自車両１の停止頻度または停止回数を示す情報（自車両停止状態情報）など、これまでのＨＥＶ制御に用いられていない、自車両１の走行特性に関する事前情報である。

自車両走行特性情報取得部１０４が取得した自車両走行特性情報は、道路区分ごとに、自車両走行特性情報記憶部１０５に記憶される。つまり、自車両走行特性情報記憶部１０５は、自車両走行特性情報取得部１０４が過去に取得した自車両走行特性情報のデータベースとして機能する。自車両走行特性情報記憶部１０５は、自車両１に搭載されていれば必ずしも車両用エネルギーマネジメント装置１００に内蔵されていなくてもよい。すなわち、自車両走行特性情報記憶部１０５は、車両用エネルギーマネジメント装置１００に外付けされた記憶装置でもよい。

また、自車両走行特性情報記憶部１０５は、走行経路分割部１０２によって自車両１の走行経路が複数の走行区間に分割され、各走行区間に道路区分が設定されると、各走行区間に設定された道路区分の自車両走行特性情報を、エネルギー消費関連情報補正部１０７に入力する。

一般車両走行特性統計情報取得部１０６は、情報サーバ３から一般車両走行特性統計情報を取得する通信手段である。一般車両走行特性統計情報取得部１０６は、走行経路分割部１０２によって自車両１の走行経路が複数の走行区間に分割され、各走行区間に道路区分が設定されると、各走行区間に設定された道路区分の一般車両走行特性統計情報を、情報サーバ３から取得する。一般車両走行特性統計情報取得部１０６が取得した一般車両走行特性統計情報は、エネルギー消費関連情報補正部１０７に入力される。

エネルギー消費関連情報補正部１０７は、自車両走行特性情報記憶部１０５から入力された各道路区分の自車両走行特性情報と、一般車両走行特性統計情報取得部１０６から入力された各道路区分の一般車両走行特性統計情報とを比較して、各道路区分における自車両１の走行特性と一般車両２の走行特性（複数の一般車両２の平均的な走行特性）との差異を求める。そして、その差異に基づいて、エネルギー消費関連情報取得部１０３が取得した各走行区間のエネルギー消費関連情報を補正する。すなわち、各走行区間のエネルギー消費関連情報の内容を、その走行区間に設定された道路区分における自車両１の走行特性に近づけるように補正する。補正後のエネルギー消費関連補正情報は、エネルギー消費量演算部１０８に入力される。

例えば、ある道路区分において、自車両平均車速情報の値（自車両１の平均車速）が、一般車両平均車速統計情報が示す平均値（複数の一般車両２の平均車速の平均値）よりも大きい場合、エネルギー消費関連情報補正部１０７は、その道路区分が設定されている走行区間の予測速度情報の値を大きくするようにエネルギー消費関連情報を補正する。自車両平均車速情報の値と一般車両平均車速統計情報が示す平均値との大小関係が逆の場合には、予測速度情報の値を小さくするようにエネルギー消費関連情報が補正される。

また例えば、ある道路区分において、自車両加速度ばらつき情報（自車両１の加速度ばらつき値）が、一般車両加速度ばらつき統計情報が示す平均値（複数の一般車両２の加速度ばらつき値の平均値）よりも大きい場合、エネルギー消費関連情報補正部１０７は、その道路区分が設定されている走行区間の予測速度情報における車速変動の傾きの絶対値を大きくしたり、車速変動の頻度を多くしたり、車速変動の幅を大きくしたりして、予測速度情報における車速のばらつき値が大きくなるように、エネルギー消費関連情報を補正する。自車両加速度ばらつき情報と一般車両加速度ばらつき統計情報が示す平均値との大小関係が逆の場合には、予測速度情報における車速のばらつき値を小さくするようにエネルギー消費関連情報が補正される。

エネルギー消費量演算部１０８は、制御計画立案部１０９からの指示の下、エネルギー消費関連情報補正部１０７が補正したエネルギー消費関連情報を用いて、自車両１の走行経路に含まれる各走行区間におけるエネルギー消費量の予測値、すなわち自車両１が各走行区間を走破するのに必要となるエネルギー量（必要走行エネルギー量）を計算する。必要走行エネルギー量は、予め定められた数式や特性データを用いて計算できる。

そのような数式としては、走行経路に含まれる各道路の道路勾配および予測速度情報ならびに車両諸元情報（車両重量や走行抵抗係数など）から、必要走行エネルギー量を算出する物理式や、必要走行エネルギー量を、エンジン駆動に必要な燃料の量や、モーター駆動に必要な電力量、またはそれらを組み合わせたときに必要な燃料の量および電力量へ変換する変換式などがある。また、特性データとしては、エンジンの回転数に対する、トルク、エンジン出力、燃料消費量などの特性を示すデータマップなどがある。

制御計画立案部１０９は、自車両１の走行前および走行中に、走行経路全体での自車両１のエネルギー消費量（燃料消費量および電力消費量）が、予め定められた条件を満たすように車両機器１２０（モーター、エンジン、ジェネレータ等）の制御計画を立てる。具体的には、走行経路全体での自車両１のエネルギー消費量が予め設定された条件を満たすように、走行区間ごとの自車両１の動作モードの割り当てを行う。

動作モードを定める基準となる条件としては、例えば、走行経路全体でのエネルギー消費量が特定の目標値に最も近づく条件や、目的地到着時のバッテリ残量（ＳＯＣ）を所望の範囲内に収めるための条件、燃料消費量が最小または最大になる条件、電力消費量が最小または最大になる条件、ＣＯ_２の発生量が最小になる条件、燃料および電力のコスト（走行前の燃料補給や充電のコストを含めてもよい）が最小になる条件、などが考えられる。

車両のエネルギー消費量は動作モードによって変化するため、制御計画立案部１０９は、エネルギー消費量演算部１０８を用いて、各走行区間の必要走行エネルギー量を各動作モードに場合分けして算出し、走行経路全体での自車両１のエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各走行区間の動作モードの組み合わせを選択することになる。この制御計画立案部１０９が決定した、走行区間ごとの動作モードの割り当てが、車両機器１２０の制御計画である。制御計画立案部１０９は、作成した車両機器１２０の制御計画を、車両機器制御部１１０へ入力する。

車両機器制御部１１０は、制御計画立案部１０９から入力された車両機器１２０の制御計画（各走行区間の動作モードの割り当て）に従い、車両機器１２０を制御して、動作モードの切り替えを行う。なお、動作モードの切り替えは、通常、自車両１が新たな走行区間に入ったときに行われるが、後述するように、走行の途中で車両機器１２０の制御計画が変更（再計画）される場合や、運転者が予想に反する操作を行うことで制御計画どおりの動作モードを維持できなくなる場合もあり、そのような場合には走行区間の途中でも動作モードの切り替えは実行される。

また、車両機器制御部１１０は、制御計画に基づいて動作した車両機器１２０における実際のエネルギー消費量（エネルギー消費量の実測値）と、制御計画立案部１０９が制御計画を作成したときに算出した各走行区間のエネルギー消費量（エネルギー消費量の予測値）とを比較し、両者の差が小さくなるように動作モードのパラメータ（エンジンとモーターの出力比率、電力回生の強さなど）を補正するフィードバック制御を行う機能も備えている。

一方、制御計画立案部１０９は、エネルギー消費量の予測値と実測値の差の大きさ又は差の変化量が予め定められた閾値を超えた場合や、自車両１が予定の走行経路（走行経路算出部１０１が算出した走行経路）から外れ、走行経路算出部１０１が走行経路を変更した場合には、車両機器１２０の制御計画の立て直しを行う。さらに、制御計画立案部１０９は、利用者が車両機器１２０の制御計画の変更を指示した場合にも、車両機器１２０の制御計画の立て直しを行う。

現在位置取得部１１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）から取得した自車両１の絶対位置（緯度・経度）および自車両１の速度センサーや方位センサーが取得した情報（センサ情報）から分かる相対位置から、自車両１の現在位置を算出する。現在位置取得部１１１が算出した自車両１の現在位置は、走行経路算出部１０１が走行経路を算出する処理や、車両機器制御部１１０が自車両１の存在する走行区間を判断する処理などに用いられる。

次に、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を説明する。図３は、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を示すフローチャートである。

車両（もしくは車載システム）の起動により、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作フローが開始されると、まず、走行経路算出部１０１が、自車両１の現在地から設定された目的地までの走行経路を探索する（ステップＳ１）。目的地の設定は、車両の利用者がユーザインタフェースを用いて行ってもよいし、走行経路算出部１０１が、過去の走行履歴などから目的地を推定することによって自動的に行われてもよい。

自車両１の走行経路が決定すると、走行経路分割部１０２が、その走行経路を、地図データや道路特性情報を考慮して、複数の走行区間に分割する（ステップＳ２）。さらに走行経路分割部１０２は、それらの各走行区間に、その走行区間の道路特性に応じた道路区分を設定する（ステップＳ３）。

走行経路の分割が完了すると、以下のステップＳ４〜Ｓ７の処理を行う。ステップＳ４〜Ｓ７については、図４を参照しつつ説明する。図４は、エネルギー消費関連情報の補正処理を概念的に示している。

図４のように、情報サーバ３は、複数の一般車両２の走行特性情報を受信し、それらを道路区分ごとに統計処理して作成した一般車両走行特性統計情報を、一般車両走行特性統計情報データベース３１に予め格納している。図４に示すように、一般車両走行特性統計情報としては、複数の一般車両２の平均車速の統計結果である一般車両平均車速統計情報、複数の一般車両２の加速度ばらつき値（標準偏差）の統計結果である一般車両加速度ばらつき統計情報、複数の一般車両２の停止頻度の統計結果である一般車両停止状態統計情報などがある。

ステップＳ４〜Ｓ６は、それぞれ独立して実行される。ステップＳ４では、エネルギー消費関連情報取得部１０３が、走行経路の各走行区間におけるエネルギー消費関連情報を取得する。図４においては、エネルギー消費関連情報の例として、時間毎の車速推移の予測値（予測速度情報）が示されている。

ステップＳ５では、エネルギー消費関連情報補正部１０７が、各走行区間に設定されている道路区分の自車両走行特性情報を、自車両走行特性情報記憶部１０５から取得する（自車両走行特性情報記憶部１０５には、予め自車両走行特性情報取得部１０４が取得した自車両走行特性情報が道路区分ごとに記憶されている）。図４に示すように、自車両走行特性情報としては、自車両１の平均車速を示す自車両平均車速情報、自車両１の加速度ばらつき値を示す自車両加速度ばらつき情報、自車両１の停止頻度を示す自車両停止状態情報などがある。

ステップＳ６では、一般車両走行特性統計情報取得部１０６が、各走行区間に設定されている道路区分の一般車両走行特性統計情報を、情報サーバ３の一般車両走行特性統計情報データベース３１から取得する。一般車両走行特性統計情報取得部１０６が取得した一般車両走行特性統計情報は、エネルギー消費関連情報補正部１０７へと送られる。

ステップＳ４〜ステップＳ６の処理が完了すると、エネルギー消費関連情報補正部１０７は、各道路区分の自車両走行特性情報と一般車両走行特性統計情報とを比較して、自車両１の走行特性と一般車両２の走行特性（複数の一般車両２の平均的な走行特性）との差異を求め、その差異に基づいてエネルギー消費関連情報取得部１０３が取得した各走行区間のエネルギー消費関連情報を補正する（ステップＳ７）。つまり、各走行区間のエネルギー消費関連情報の内容を自車両１の走行特性に近づけるように補正する。

例えば、自車両加速度ばらつき情報が、一般車両加速度ばらつき統計情報が示す平均値よりも大きい場合（自車両１の加速度ばらつき値が、複数の一般車両２の平均的な加速度ばらつき値よりも大きい場合）、エネルギー消費関連情報補正部１０７は、図４に示すように、予測速度情報における車速のばらつき値が大きくなるように、エネルギー消費関連情報を補正する。具体的には、予測速度情報における車速変動の傾きの絶対値を大きくしたり、車速変動の頻度を多くしたり、車速変動の振幅を大きくしたりする。

反対に、自車両加速度ばらつき情報が、一般車両加速度ばらつき統計情報が示す平均値よりも小さい場合（自車両１の加速度ばらつき値が、複数の一般車両２の平均的な加速度ばらつき値よりも小さい場合）には、エネルギー消費関連情報補正部１０７は、予測速度情報における車速のばらつき値が小さくなるように、エネルギー消費関連情報を補正する。具体的には、予測速度情報における車速変動の傾きの絶対値を小さくしたり、車速変動の頻度を少なくしたり、車速変動の振幅を小さくしたりする。

また、自車両停止状態情報と一般車両停止状態統計情報とを比較した結果、自車両１の停止頻度が、複数の一般車両２の平均的な停止頻度よりも多いと判断された場合、予測速度情報における車速が０になる回数を増やすように、エネルギー消費関連情報を補正する。反対に、自車両１の停止頻度が、複数の一般車両２の平均的な停止頻度よりも少ないと判断された場合には、予測速度情報における車速が０になる回数を減らすようにエネルギー消費関連情報を補正する。

また、自車両平均車速情報と一般車両平均車速統計情報とを比較した結果、自車両１の平均車速が複数の一般車両２の平均的な平均車速よりも速いと判断された場合には、予測速度情報における車速を上げるように、エネルギー消費関連情報を補正する。反対に、自車両１の平均車速が複数の一般車両２の平均的な平均車速よりも遅いと判断された場合には、予測速度情報における車速を下げるように、エネルギー消費関連情報を補正する。

ステップＳ７におけるエネルギー消費関連情報の補正処理の結果、各走行区間の補正後のエネルギー消費関連情報は、自車両１の実際の走行特性に近いものとなる。

各走行区間のエネルギー消費関連情報の補正処理が完了すると、エネルギー消費量演算部１０８は、自車両１が走行経路の各走行区間を走り切るのに必要なエネルギー消費量（必要走行エネルギー量）の計算を行う（ステップＳ８）。各走行区間の必要走行エネルギー量は、補正後のエネルギー消費関連情報と、自車両１の諸元情報（車両重量や走行抵抗係数など）から、物理式や、変換式、データマップなどを用いて算出される。

続いて、制御計画立案部１０９は、各走行区間をどの動作モードで走行するか、すなわち、各走行区間の必要走行エネルギー量を、自車両１の複数のエネルギー源のうちのどれで担保するかを割り当てる（ステップＳ９）。

本実施の形態では、自車両１の動作モードとして、蓄電された電力を用いたモーター駆動により走行する「ＥＶ（Electric Vehicle）モード」、燃料をエネルギー源とするエンジンのみで走行する「エンジンモード」、モーターとエンジンの両方で走行する「ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）モード」、エンジンで発電機を回して得た電力を蓄電する「エンジン＋発電モード」、下り坂や減速の際に運動エネルギーを使って発電する「回生モード」、慣性によって走行する「惰性走行モード」の６つを仮定する。

「ＥＶモード」では、必要走行エネルギー量を全て電力で賄うので、燃料消費量は０であり、電力消費量は、必要走行エネルギー量にモーターやインバータの効率で除した値として得ることができる。モーターやインバータの効率は物理式から求めてもよいし、データマップから得てもよい。

「エンジンモード」では、必要走行エネルギー量を全て燃料で賄うので、電力消費量は０であり、燃料消費量は、例えばエンジンのトルク、回転数、出力と燃料消費量の関係を表すＢＳＦＣ（Brake Specific Fuel Consumption）と呼ばれる燃料消費率マップを使って算出することができる。

「ＨＥＶモード」では、必要走行エネルギー量が電力と燃料で分担して賄われる。例えば、エンジンの出力は、ＢＳＦＣにおいてエンジンのトルクおよび回転数が最も効率良くなる値に設定され、モーターの出力は、エンジンの出力だけでは足りないエネルギー量を賄うように設定される。その場合、燃料消費量は、そのように設定されたエンジンのトルク、回転数、出力からＢＳＦＣを用いて算出できる。また、電力消費量は、必要走行エネルギー量からエンジンが出力するエネルギー量を減じた値に、モーターやインバータの効率で除した値として得ることができる。

「エンジン＋発電モード」では、エンジンの出力を、トルクおよび回転数が最も効率良くなる値に設定した上で、余剰のエンジン出力によって発電が行われる。よって、燃料消費量は、そのように設定されたエンジンのトルク、回転数、出力からＢＳＦＣを用いて算出できる。また、電力消費量は、余剰のエンジン出力で発電可能な電力量に相当する負の値に発電機やインバータの効率を乗じた値として得ることができる。

「回生モード」では、エンジンおよびモーターの出力は０であり、電力回生のみが行われる。従って、燃料消費量は０であり、モーターを用いた回生ブレーキによる発電量に相当する負の値として得ることができる。なお、回生ブレーキによる発電量は、「ＥＶモード」における電力消費量と同じ方法で計算できるが、その正負や効率の乗除は逆である。

「惰性走行モード」では、エンジンおよびモーターの出力は０であり、電力回生も行われないので、電力消費量、燃料消費量とも０となる。

制御計画立案部１０９は、自車両１の走行経路全体の燃料消費量および電力消費量が、予め定められた条件を満たすように、各走行区間の動作モードの割り当てを決定する。ただし、車両の特性や動作モードごとの制約（例えば、燃料タンクおよび蓄電池の容量、定格、各動作モードで走行可能な速度範囲など）を守る必要があるため、走行区間によっては特定の動作モードの割り当てが不可能な場合も考えられる。このような制約を守りつつ、予め定められた条件が満たされるように動作モードの割り当てを行う。

動作モードの割り当ての決定方法としては、各走行区間に割り当て可能な動作モードを総当たり的に比較する方法でもよいし、いわゆる“組み合わせ最適化問題”の解法として一般的に知られた方法を用いてもよい。このようにして決定された各走行区間の動作モードの割り当てが、車両機器１２０の制御計画となる。

車両機器１２０の制御計画の作成が完了した後、自車両１が走行を開始すると、車両機器制御部１１０は、その制御計画に基づいて車両機器１２０を制御する（ステップＳ１０）。具体的には、車両機器制御部１１０は、現在位置取得部１１１が取得した自車両１の現在位置に基づき、自車両１が走行経路上のどの走行区間にいるかを認識し、その走行区間に割り当てられた動作モードで車両機器１２０を動作させる。自車両１が新たな走行区間に入れば（走行区間の境界を通過すれば）、車両機器制御部１１０は、必要に応じて自車両１の動作モードを切り替える。

自車両１が走行経路を走破した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、車両機器制御部１１０は図３のフローは終了するが、走破していなければ（ステップＳ１１でＮＯ）、制御計画立案部１０９は、車両機器１２０の制御計画の立て直しが必要かどうか確認する（ステップＳ１２）。

車両機器１２０の動作モードが制御計画に従って切り替えられたとしても、自車両１の走行中には、ステップＳ８で算出されるエネルギー消費計画（エネルギー消費量の予測値）と実際のエネルギー消費量（エネルギー消費量の実測値）との間に差が生じ得る。例えば、想定外の渋滞により予定通りの速度で走行できない場合や、運転者の操作によって制御計画どおりの動作モードが維持されない場合があるからである。エンジンおよびモーターの出力が０と仮定される「惰性走行モード」や「回生モード」の走行区間であっても、運転者が実際の交通状況に応じて自車両１のアクセルやブレーキの操作を行うことは十分に想定される。また、自車両１が予定された走行経路から外れた場合にも、その差が生じる。

このようなエネルギー消費計画からのずれを認識するために、制御計画立案部１０９は、エネルギー消費量の予測値と実測値の差を演算する。具体的には、例えばエンジン制御用のコントローラが計測した燃料消費量と予め計算した燃料消費量の予測値との差、および、モーター制御用のコントローラが計測した電力消費量と予め計算した電力消費量の予測値との差、をそれぞれ演算する。

制御計画立案部１０９は、それらの差の大きさ又は変化量が予め定められた閾値を超える場合や、自車両１が走行経路を外れて走行経路に変更が生じた場合、また使用者から指示があった場合には、車両機器１２０の制御計画を立て直す必要があると判断し（ステップＳ１２でＹＥＳ）、その立て直しを行うために、ステップＳ１に戻る。この場合、ステップＳ１〜Ｓ８の各処理のうち必要なものだけを行えばよい。例えば、自車両１が走行経路を外れていなければ、走行経路に変更はないので、走行経路の探索（ステップＳ１）は省略することができる。

一方、車両機器１２０の制御計画を立て直す必要がないと判断された場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、車両機器制御部１１０が、車両機器１２０のフィードバック制御が必要か否かを判断する（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ８で求めたエネルギー消費量の予測値と実測値の差が一定の大きさを範囲を超えれいれば、フィードバック制御が必要と判断される。

車両機器制御部１１０は、車両機器１２０のフィードバック制御が必要と判断した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、エネルギー消費量の予測値と実測値の差が小さくなるように、動作モードのパラメータ（エンジンとモーターの出力比率、電力回生の強さなど）を補正することによって、そのフィードバック制御を行う（ステップＳ１４）。

ステップＳ１０〜Ｓ１４の動作は、自車両１が走行経路を走破するまで繰り返し実行される。

以上説明したように、実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００によれば、自車両走行特性情報を一般車両走行特性統計情報と比較した結果に基づいて、エネルギー消費関連情報が補正されるため、補正後のエネルギー消費関連情報は自車両１の実際の走行特性に即したものとなる。よって、自車両１の運転者毎の特性に応じた高精度なエネルギー制御が可能となり、エネルギー消費量の予測値と実測値との差が小さくなることから、エネルギー消費量の更なる削減に寄与できる。

また、一般車両走行特性統計情報は、多数の一般車両２の走行特性情報を統計処理して得た統計結果（平均値やばらつき値など）であり、そのデータ量は少ない。そのため、多数の一般車両２から取得した情報を蓄積する方法に比べ、データ量は大幅に削減される。よって、本発明に係る車両エネルギー管理システムに必要な一般車両走行特性統計情報データベース３１を有する情報サーバ３などのインフラ整備の実現性は高いと言える。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 自車両、２ 一般車両、３ 情報サーバ、３１ 一般車両走行特性統計情報データベース、１００ 車両用エネルギーマネジメント装置、１０１ 走行経路算出部、１０２ 走行経路分割部、１０３ エネルギー消費関連情報取得部、１０４ 自車両走行特性情報取得部、１０５ 自車両走行特性情報記憶部、１０６ 一般車両走行特性統計情報取得部、１０７ エネルギー消費関連情報補正部、１０８ エネルギー消費量演算部、１０９ 制御計画立案部、１１０ 車両機器制御部、１１１ 現在位置取得部、１２０ 車両機器。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、前記走行経路を複数の走行区間に分割すると共に、各走行区間に対しその走行区間の道路特性に応じた道路区分を設定する走行経路分割部と、各走行区間における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、各道路区分の道路を前記車両が走行したときの走行特性の実測値である自車両走行特性情報、および、各道路区分の道路を複数の一般車両が走行したときの走行特性を道路区分ごとに統計処理した統計結果である一般車両走行特性統計情報を取得し、各道路区分の前記自車両走行特性情報と前記一般車両走行特性統計情報とを比較した結果に基づいて、各走行区間の前記エネルギー消費関連情報を補正するエネルギー消費関連情報補正部と、補正後の前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が各走行区間を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、各走行区間における前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の走行区間ごとの制御計画を立てる制御計画立案部と、前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、を備えるものである。

Claims (16)

1. 異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、
   前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、
   前記走行経路を複数の走行区間に分割すると共に、各走行区間に対しその走行区間の道路特性に応じた道路区分を設定する走行経路分割部と、
   各走行区間における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、
   各道路区分の道路を前記車両が走行したときの走行特性の実測値である自車両走行特性情報、および、各道路区分の道路を複数の一般車両が走行したときの走行特性の統計結果である一般車両走行特性統計情報を取得し、各道路区分の前記自車両走行特性情報と前記一般車両走行特性統計情報とを比較した結果に基づいて、各走行区間の前記エネルギー消費関連情報を補正するエネルギー消費関連情報補正部と、
   補正後の前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が各走行区間を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、
   各走行区間における前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の走行区間ごとの制御計画を立てる制御計画立案部と、
   前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、
   を備えることを特徴とする車両用エネルギーマネジメント装置。
2. 前記車両が搭載する記憶装置から、前記一般車両走行特性統計情報を取得する
   請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
3. 前記車両の外部の情報サーバから、前記一般車両走行特性統計情報を取得する
   請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
4. 前記エネルギー消費関連情報補正部は、前記自車両走行特性情報と前記一般車両走行特性統計情報から、前記車両の走行特性と前記複数の一般車両の走行特性の平均値または中央値との差異を求め、その差異に基づいて、前記エネルギー消費関連情報を補正する
   請求項１から請求項３のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
5. 前記自車両走行特性情報は、前記車両の平均車速を示す自車両平均車速情報、前記車両の加速度のばらつき値を示す自車両加速度ばらつき情報、前記車両の停止頻度または停止回数を示す自車両停止状態情報のうちの１以上を含み、
   前記一般車両走行特性統計情報は、前記複数の一般車両の平均車速の統計結果を示す一般車両平均車速統計情報、前記複数の一般車両の加速度のばらつき値の統計結果を示す一般車両加速度ばらつき統計情報、前記複数の一般車両の停止頻度または停止回数の統計結果を示す一般車両停止状態統計情報のうちの１以上を含む
   請求項１から請求項４のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
6. 前記自車両加速度ばらつき情報および前記一般車両加速度ばらつき統計情報は、車速域ごとに分けて規定されている
   請求項５記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
7. 前記自車両加速度ばらつき情報および前記一般車両加速度ばらつき統計情報は、車速域ごとに分けずに規定されている
   請求項５記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
8. 前記平均車速は、停止状態を除いて計算した車速の平均値である
   請求項５記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
9. 前記平均車速は、停止状態を含めて計算した車速の平均値である
   請求項５記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
10. 前記走行経路分割部が前記走行経路を前記複数の走行区間に分割する方法は、道路特性ごとに区切る方法、一定距離ごとに区切る方法、一定時間の予想走行距離ごとに区切る方法、道路の分岐点で区切る方法、前記走行経路における前記エネルギー消費関連情報に基づいて区切る方法、前記走行経路における前記一般車両走行特性統計情報に基づいて区切る方法、前記車両が走行する時間帯ごとに分割する方法、前記車両が走行するときの天候ごとに分割する方法のいずれかである
    請求項１から請求項９のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
11. 前記道路特性ごとに区切る方法において、前記道路特性は、道路の種別、標高、勾配、道路幅、カーブの曲率、分岐点の有無、予測される車速域、走行時の時間帯、走行時の天候、前記エネルギー消費関連情報、前記一般車両走行特性統計情報のいずれかによって規定されている
    請求項１０記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
12. 前記道路区分としての前記道路特性は、道路の種別、標高、勾配、道路幅、カーブの曲率、分岐点の有無、予測される車速域、走行時の時間帯、走行時の天候、前記エネルギー消費関連情報、前記一般車両走行特性統計情報のいずれかによって規定されている
    請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
13. 前記エネルギー消費関連情報は、道路特性情報、渋滞情報、車両の流れを示す車速情報、気象情報、インフラのエネルギー網の需給情報のいずれかを含む
    請求項１から請求項１２のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
14. 前記エネルギー消費関連情報は、車両の流れを示す車速情報を含み、
    前記エネルギー消費関連情報補正部は、前記車速情報における車速変動の傾き、車速変動の頻度、車速変動の振幅、車両の停止頻度のうちの１以上を変更することで、前記エネルギー消費関連情報の補正を行う
    請求項１から請求項１３のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
15. 前記複数の車両機器のうちの１以上を用いる複数の動作モードが規定されており、
    前記エネルギー消費量演算部は、前記車両が各動作モードで走行したときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を走行区間ごとに算出し、
    前記制御計画立案部は、走行区間ごとの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記走行経路全体での前記複数の車両機器によるエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各走行区間に割り当てる動作モードを決定する
    請求項１から請求項１４のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
16. 前記複数の車両機器は、燃料をエネルギー源とするエンジン、電力をエネルギー源とする電動機、および前記エンジンの出力または前記車両の運動エネルギーを用いて発電する発電機を含む
    請求項１から請求項１５のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。

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